迈达斯-有限元模态分析
迈达斯midas-FEA介绍
模型网格图
顶推和预应力共同作用下顶面 横桥向应力分布
顶推作用下顶面横桥向应力分布
预应力布置图
/fea
顶推和预应力共同作用下侧面 竖向应力分布
顶推作用下侧面横桥向应力分布
闵浦二桥索塔锚固段细部分析
LF＝1.95p
裂缝发展步骤
LF＝2.25p
LF＝2.85p
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000
500 106.46
0
桥교台대부外외侧측
3388.42 2281.49
257.17
桥교대台부内내측侧
主주탑塔부外외측 侧 主주탑 塔부内내侧측
桥台支座 外侧(%) 内侧(%)
29.3
70.7
主塔支座 外侧(%) 内侧(%)
29.3
70.7
内外侧支座反力比率
0.8
0.7
외측복부
내측복부
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
거리(m)
内外侧腹板承担的剪力比率
北京迈达斯技术有限公司
2. 特征值分析(自振周期、线性屈曲)
采用实体单元、板单元做特征值分析的必要性： • 可计算钢箱梁、钢桁桥的局部失稳 • 可查看详细的扭转模态
/fea
北京迈达斯技术有限公司
1. 详细分析 – 详细分析的必要性、案例
6. 全桥仿真分析
矮塔斜拉桥的全桥仿真模型
<法向应力云图>
/fea
<钢束应力云图>
FEA功能介绍
• 箱形, 楔形 • 圆柱, 圆锥 • 球体, 圆环 • 修剪, 分割 • 嵌入 •布尔运算 (并集, 差集, …) • 缝合曲面 …
• 延伸 • 旋转 • 放样 • 扫描 • 倒角, 圆角 • 偏移, 斜面 • 脱壳 • 局部扩展 • 检查, 修补 • 转换 …
高级建模功能支持自下而上 和从上而下两种建模方式
导入的 DXF模型
多线段
曲面分割
直线
圆
轮廓线 (多线段+切线弧)
隧道截面
B样条曲线
MIDAS Information Technology Co., Ltd.
面建模
顶点群
共面曲线
虚拟栅格 (M X N)
标高
平面
栅格面
顶点面
2~4 曲线
任意曲线 (边界线/切线/内部线)
MIDAS Information Technology Co., Ltd.
线建模
建立
• 直线 • 圆弧 •圆 • 椭圆 • 抛物线 • 双曲线
圆弧
编辑
• B样条曲线 • 多线段 • 矩形 • 正多边形 • 轮廓线 • 隧道截面
• 面上建线 • 最短路径直线 • 曲面交线 • 偏移曲线 • 扩展顶点 • 切线 • 倒角 / 圆角 • 修剪 / 延伸 • 合并 / 打断 • 交叉分割 • 排列, 重合 • 生成线组
实例示范
实体几何
网格 (二阶四面体网格)
应力分析结果
MIDAS Information Technology Co., Ltd.
高级结构分析的新典范
1
概述 几何建模
2
3
生成网格 分析
4
5
最新48m 85m 48m三跨连续梁桥midas有限元分析(模型模拟
48m+85m+48m三跨连续梁桥MIDAS有限元分析（模型模拟）该过程是将三跨桥的运营状态进行有限元分析，下面介绍了本人在对模型模拟的主要步骤，若中间出现的错误，请读者朋友们指出修改。
注：“，”表示下一个过程“（）”该过程中需做的内容一．结构1.单元及节点建立的主桁：因为桥面具有一定纵坡，故将《桥跨布置》图的桥面线复制到《节段划分》图对应桥跨位置，然后进行单元划分，将该线段存入新的图层，以便下步导入，将文件保存为.dxf格式文件。
2.打开midas运行程序，将程序里的单位设置成《节段划分》图的单位，这里为cm。
导入上步的.dxf文件。
将节点表格中的z坐标与y坐标交换位置（midas中的z与cad中的y对应）。
结构建立完成。
模型如图：二．特性值1.材料的定义：在特性里面定义C50的混凝土及Strand1860(添加预应力钢筋使用)2.截面的赋予：1).在《截面尺寸》和《预应力束锚固》图里，做出截面轮廓文件，保存为.dxf文件2).运行midas，工具，截面特性计算器，统一单位cm。
导入上步的.dxf文件先后运行generate，calculate property，保存文件为.sec文件，截面文件完成3)运行midas，特性，截面，添加，psc，导入.sec文件。
根据图例，将各项特性值填入;验算扭转厚度为截面腹板之和；剪切验算，勾选自动；偏心，中上部4)变截面的添加：进入添加截面界面，变截面，对应单元导入i端和j端（i为左，j为右）；偏心，中上部；命名(注：各个截面的截面号不能相同)5）变截面赋予单元：进入模型窗口，将做好的变截面拖给对应的单元。
注：1.建模资料所给的《预应力束锚固图》的0-0和14-14截面与《节段划分》图有出入，这里采用《截面尺寸》做这两个截面，其余截面按照《预应力束锚固图》做2.定义材料先定义混凝土，程序自动将C50赋予所建单元（C50是定义的第一个材料，程序将自动赋予给所建单元）三．边界条件1.打开《断面》图，根据I、II断面可知，支座设置位置。
midas NFX 有限元分析教程
Wys50起重机吊臂分析教程
小白龙
2015/7/1
QQ：1136607631
一、
概述
使用有限元分析技术解决工程问题，需要两方面的知识：
1.理论知识：理论知识主要是关于使用的有限元软件的知识、材料力学、理论力学、数值计算（计算机求解方程的技术）等。
2.工程经验：有限元分析技术，不能完全描述结构的受力状态，因此在应用中需要简化处理。如何将工程问题，简化处理为软件可以分析的模型并让分析结果准备的描述实际问题需要相当的工程经验。
网格划分
定义边界条件
末端及油缸连接处定义为铰接
定义载荷
定义求解类型并求解
求解并处理
扩展——关于销轴孔的处理
1.可以直接刚体单元处理
2.用1D单元替代销轴
2.直接绘制销轴，建立连界面
转台分析
同样道理可以完成转台分析
主副臂装配分析
导入几何模型
定义材料及特性
划分网格
定义刚体连接关系
定义两个油缸孔的连接关系
因此，有限元分析技术一个理论结合实践的技术，门槛比较高，想学习好，需要较长的周期。
wys50
2.1
主臂模型
副臂模型
建模注意事ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ：
模型尽量简化，删除不影响关键性能的部件
建模尽可能规范，如，模型中有间隙、配合有问题等，可能导致网格划分出现问题。
MIDAS连续梁有限元分析案例(二)
目录第一部分逐跨施工模型 (1)1.1预应力钢束布置 (1)1.2施工阶段定义 (3)1.3调整模型 (4)第二部分应力分析 (5)2.1施工阶段的应力 (5)2.2成桥阶段应力(恒+活+支座沉降) (6)2.3移动荷载 (6)第三部分PSC验算结果 (7)3.1施工阶段的法向压应力验算 (7)3.2受拉区钢筋的拉应力验算 (11)3.3使用阶段正截面压应力验算 (12)3.4使用阶段斜截面主压应力验算 (13)3.5结论 (14)第一部分逐跨施工模型1.1预应力钢束布置图1-1 第一跨钢筋布置图1-2 第二跨钢筋布置图1-3 第三跨钢筋布置图1-4 第四跨钢筋布置本次桥梁的总体布置，四跨连续梁桥，跨度分别是29.95m+30m+30m +29.95m图如下所示：图1-5-8 桥梁整体布置图汇总的预应力张拉表格，张拉控制应力为0.75的高强钢绞线，控制应力为1395MPa，具体的表格如下所示：1.2施工阶段定义逐跨施工，我们采用满堂支架的方法，依次从梁一施工到四号梁，中间存在从简支梁到连续梁的体系转换，为本次设计修改的难点。
我们的施工过程定义为三个步骤满堂支架的施工和主梁施工、预应力张拉、拆除满堂支架，最后完成全线的浇筑。
从midas中提取的施工阶段细节具体如下：NAME=主梁1-浇筑, 20, YES, NOAELEM=主梁1, 7, 节点1, 7ABNDR=满堂1, DEFORMED, 支座1, DEFORMED, 支座2,DEFORMEDALOAD=自重, FIRSTNAME=主梁1-张拉, 1, YES, NOALOAD=预应力1, FIRSTNAME=主梁1-拆除支架, 2, YES, NODELEM=节点1, 100DBNDR=满堂1NAME=主梁2-浇筑, 20, YES, NOAELEM=主梁2, 7, 节点2, 7ABNDR=支座3, DEFORMED, 满堂2, DEFORMEDNAME=主梁2-张拉, 1, YES, NODELEM=节点2, 100ALOAD=预应力2, FIRSTNAME=主梁2-拆除支架, 2, YES, NODELEM=节点2, 100DBNDR=满堂2NAME=主梁3-浇筑, 20, YES, NOAELEM=主梁3, 7, 节点3, 7ABNDR=满堂3, DEFORMED, 支座4, DEFORMEDNAME=主梁3-张拉, 1, YES, NOALOAD=预应力3, FIRSTNAME=主梁3-拆除支架, 2, YES, NODELEM=节点3, 100DBNDR=满堂3NAME=主梁4-浇筑, 20, YES, NOAELEM=主梁4, 7, 节点4, 7ABNDR=支座5, DEFORMED, 满堂4, DEFORMEDNAME=主梁4-张拉, 5, YES, NOALOAD=预应力4, FIRSTNAME=拆除满堂支架, 10, YES, NODELEM=节点4, 100DBNDR=满堂4NAME=二期恒载, 10, YES, NOALOAD=二期, FIRSTNAME=工后100, 100, YES, NONAME=工后3600, 3600, YES, NO1.3调整模型通过调整预应力的束数，来调整结构在施工中出现的简支梁体系（跨中弯矩增大的影响），以及在体系转换中连续梁顶的拉力。
第五章 三维有限元分析软件MIDAS的基本应用简介
树形菜单
从模型的输入到分析、结果分析的整个过程，以 及各种表格及组的设定状态等按照树形结构进行了系 统的整理，使用户可以就所需的内容得到指示或打开 相关的对话窗口，进行有效的操作。在树形菜单的“工 作树”中可以清楚地对已做的模型数据输入状况进行确 认，并提供对模型进行修改的拖放（Drag&Drop）方式 的建模功能。
7）结果：荷载组合条件的输入、分析结果的图 形处理、查询及分析功能等。 8）设计：设置设计参数，进行钢筋混凝土、组 合构件的截面设计、钢结构的优化设计等。 9）模式：前处理模式和后处理模式的转换功能。 10）查询：节点或单元的输入状态及属性的查 询功能。 11）工具：单位系及初期操作环境的设定、MC T命令窗口(Midas Gen Text，格式命令输入模型数 据 ）、材料目录表的列表、地震数据的生成、 截面特性值计算器的运行功能等。 12）窗口：操作画面的各种窗口调整和排列功 能。 13）帮助：帮助功能及连接midas IT的主页、 发送e-mail的功能等。
（3）单元坐标系（ECS, Element Coordinate System）， ECS使用的也是右手法则的x、y、z轴垂直坐标系，各轴 以小写字母（x、y、z）表示，主要用来表达单元内力、 单元应力及相关于单元的其他输入数据。在查看单元分析 结果时，使用单元坐标系会更方便。
(a) 竖向构 件（柱） β角
(b) 水平或 倾斜构件 （梁或斜 杆）β角 梁单元单元坐标系及内力示意图
（4）节点坐标系（NCS, Node Local Coordinate System）， NCS使用的也是右手法则的x、y、z轴垂直坐标系，各轴 以小写字母（x、y、z）表示。节点坐标系一般用在赋予 节点以特定方向的边界条件或强制位移上。
midas FEA特色功能介绍
实体和钢筋自动耦合
midas FEA 特色功能
特色3：钢筋模拟
按形状分：点、钢筋线、钢筋网
按阶次分：一阶直线、二阶曲线
按类型分：普通钢筋、预应力钢筋 适用的单元：所有单元
双跨双T型 预应力混凝土梁
钢筋单元的应力
midas FEA 特色功能
特色4：土木专业化功能
施工阶段模拟
第一施工阶段
裂缝模型
总应变裂缝（极限承载 力） 离散裂缝模型 (界面非线性)
结果
裂缝模式 (裂缝应力/应变) 单元状态
开裂: 部分/完全开裂、闭合、未开裂 塑性: 初始塑性、弹性、塑性、临界塑性 界面: 无接触、滑移、粘结
• 高斯点标志 • 圆片法向: 开裂方向 • 圆片颜色 : 开裂程度 • 线: 剪切方向
梯度播种生成 的映射网格
自适应播种
midas FEA 特色功能
特色2：网格划分的高效性
自动网格划分
映射网格划分
导入的 DXF模型 (173 区域)
自动定义的区域和生成的网格
midas FEA 特色功能
特色2：网格划分的高效性
自动生成实体网格
FEA的四面体网格生成器自动生成尺寸平稳变化的四面体实体网格 (200,000 单元/每分 钟) FEA在自动生成实体网格时可包含洞口、曲线和点
矩形压力 (2D、3D)
圆形压力 (2D、3D)
空间变化压力 (以函数施加)
midas FEA 特色功能
特色4：土木专业化功能
线性静力分析 多种荷载工况 结果组合和转化 模态分析 兰佐斯法 子空间迭代法 线性屈曲分析 临界屈曲模态 屈曲模态 荷载组合 动力时程分析 直接积分法 振型叠加法 时程荷载函数库 (内置54 种地震加速度波记录) 非线性分析 边界非线性分析 (阻尼器、粘性边界等) 反应谱分析 SRSS、CQC、ABS 设计反应谱库
Midascivil有限元简单建模桥梁
四跨连续刚构桥Midas简单建模模型介绍本模型为四跨变截面连续刚构桥，跨度30米，墩高12米，桥面宽22米，公铁两用桥: 在桥梁中间设置了2道铁路轨道，两侧设置了2道公路路面。
计算简图及梁截面图如下：计算简图（单位：m）1支点截面图（单位：mm）2跨中截面图（单位：mm）3支点-跨中变截面（见midas）4跨中-支点变截面（见midas）5墩截面图（单位：m）5摄氏度的局部温度梯度荷载。
12建模过程i 材料梁采用GB-civil （RQ 中的50号混凝土，墩采用 GB-civil （RC ）中的30号混凝土。
2截面a ）首先在CAD 中，分别绘制跨中和支点的梁截面图， 通过截面特性方t 算器导入 midas,由于这里在 CAD 中绘图时用的 mm 为单位，所以导入时，仍以 mm 为单位。
通过 导入得到了支点梁截面和跨中梁截面。
b ）在midas 中以二次函数的方式，生成支点 -跨中的变截面和跨中-支点的变截面。
c ） 在midas 中用实腹长方形截面生成墩截面。
3节点（详见附录1） 1~37均为上部结构的结点。
1、10、19、28、37〜67为墩的结点。
4单元（详见附录2）支点设置为2米一个单元，长8米的变截面设为一个单元， 跨中每2米一个单元。
1~36为上部结构单元。
墩设置为每2米一个单元。
37~66为墩的单元。
5边界条件43、49、55、61、67为墩底，都设为固定支座。
即 111111。
计算结果 1静力荷载工况[1]自重由于材料 midas 自己计算，可只设方向-1。
[2]二期恒载设为-50kN/m （这里修改单位为 kN ）。
[3]在第二个墩和第四个墩均设置了 -0.01m 的沉降。
[4]整体升温单元温度20摄氏度。
[5]局部升温在Z 方向和Y 方向各设置了 6车道荷载[1]铁路1车辆前进方向设为向后，偏移 2.5米。
[2]铁路2车辆前进方向设为向前，偏移 -2.5米。
MIDAS连续梁有限元分析案例（一）
MIDAS连续梁有限元分析案例（⼀）连续梁有限元分析案例学号：姓名:班级:联系⽅式:⽬录⽬录 (1)1 ⼯程概况 (2)1.1 桥梁基本概况 (2)1.2 主要材料及参数 (2)1.3 设计荷载取值 (2)2 建模内容 (3)2.1 组的定义 (3)2.2 施⼯阶段的定义 (4)2.3 预应⼒布置 (4)3 结果分析 (13)3.1 成桥阶段的结果 (13)3.1.1 成桥阶段的⽀座反⼒ (13)3.1.2成桥后结构的竖向位移 (13)3.1.3 成桥阶段结构的弯矩 (14)3.1.4 成桥阶段的应⼒ (14)3.2 PSC设计结果 (15)3.2.1 施⼯阶段法向压应⼒验算 (15)3.2.2使⽤阶段正截⾯压应⼒验算 (16)3.2.3 使⽤阶段正截⾯抗弯验算 (16)第⼀章⼯程概况1.1 桥梁基本概况（1）桥梁跨径布置：4×30m=120m；（2）桥梁宽度：0.25m（栏杆）+2.5m（⼈⾏道）+15.0m（机动车道）+2.5m（⼈⾏道）+0.25m（栏杆）=20.5m；（3）主梁⾼度：1.6m，⽀座处实体段为1.8m；（4）⾏车道数：双向四车道+2⼈⾏道；（5）桥梁横坡：机动车道向外1.5%，⼈⾏道向内1.5%；（6）施⼯⽅法：逐跨现浇法。
1.2 主要材料及参数（1）混凝⼟选⽤C50混凝⼟，其⼒学指标见表1-1。
（2）预应⼒筋选⽤直径为15.24mm的低松弛钢绞线，其⼒学指标见表1-2。
1.3 设计荷载取值（1）恒载m；⼆期恒载（⼈⾏道、护栏、主要包括材料重量，混凝⼟容重：25KN/3桥⾯铺装等）合计：85KN/m；（2）活载：车辆荷载：公路I级⼈群荷载：3KN/m2；（3）温度⼒系统升温25℃，系统降温-15℃第⼆章 MIDAS建模2.1 组的定义见图2.1所⽰。
结构组8个，跨1包含单元1-24，跨2包含单元25-43，垮3包含单元44-62，跨4包含单元63-78；⽀架1包含节点80-104，⽀架2包含单元104-123，⽀架3包含单元123-142，⽀架4包含单元142-158。
迈达斯构件有限元验算
迈达斯构件有限元验算-概述说明以及解释1.引言1.1 概述本文主要介绍了迈达斯构件有限元验算的方法和步骤。
迈达斯构件是一种常用于建筑结构和工程项目中的槽钢或工字钢构件。
有限元方法是一种通过将结构分割为离散的有限元素来进行结构分析的数值计算方法，其能够较准确地预测结构的力学性能和固有特性。
有限元方法的基本思想是将结构划分为有限个离散元素，每个元素被看作一个子结构。
通过对每个元素应力与变形进行数学描述，并建立节点间的边界条件，可以得到整个结构的应力、变形和位移等信息。
这种方法能够在计算较大和复杂的结构时节省时间和资源，并且能够满足工程设计和安全要求。
在进行迈达斯构件的有限元验算时，需要首先对迈达斯构件进行建模和网格划分。
通过选择合适的网格参数和材料参数，可以得到较为准确的模型。
然后，根据结构的边界条件和加载条件，可以进行力学分析和动力分析，得到结构的应力、变形和振动等结果。
最后，通过与理论计算结果或实测数据进行对比，可以评估有限元模型的准确性和可靠性。
迈达斯构件有限元验算的具体方法包括弹性分析、稳定性分析、动力响应分析等。
通过这些分析，我们可以评估迈达斯构件在不同加载条件下的承载能力、稳定性和振动特性。
同时，我们也可以通过优化模型参数和设计方案来改善结构的性能和安全性。
在本文的后续部分，我们将详细介绍迈达斯构件的有限元方法以及相关的步骤和方法。
我们将分析有限元验算结果的准确性和可靠性，并讨论其优缺点。
最后，我们将展望未来的研究方向，以推动迈达斯构件有限元验算方法的进一步发展和应用。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以按照以下方式进行编写:文章结构部分旨在说明本文的组织结构，使读者能够清晰地了解文章的内容安排。
本文主要包括引言、正文和结论三个部分。
引言部分旨在引出本文的研究背景和意义，通过对迈达斯构件有限元验算的重要性进行概述，为读者提供对文章主题的整体了解。
接着，介绍了本文的结构。
正文部分是本文的核心部分，将分为四个小节进行阐述。
MIDAS连续梁有限元分析案例(一)
连续梁有限元分析案例学号：姓名:班级:联系方式:目录目录 (1)1 工程概况 (2)1.1 桥梁基本概况 (2)1.2 主要材料及参数 (2)1.3 设计荷载取值 (2)2 建模内容 (4)2.1 组的定义 (4)2.2 施工阶段的定义 (4)2.3 预应力布置 (5)3 结果分析 (14)3.1 成桥阶段的结果 (14)3.1.1 成桥阶段的支座反力 (14)3.1.2成桥后结构的竖向位移 (14)3.1.3 成桥阶段结构的弯矩 (15)3.1.4 成桥阶段的应力 (15)3.2 PSC设计结果 (15)3.2.1 施工阶段法向压应力验算 (15)3.2.2使用阶段正截面压应力验算 (16)3.2.3 使用阶段正截面抗弯验算 (17)第一章工程概况1.1 桥梁基本概况（1）桥梁跨径布置：4×30m=120m；（2）桥梁宽度：0.25m（栏杆）+2.5m（人行道）+15.0m（机动车道）+2.5m（人行道）+0.25m（栏杆）=20.5m；（3）主梁高度：1.6m，支座处实体段为1.8m；（4）行车道数：双向四车道+2人行道；（5）桥梁横坡：机动车道向外1.5%，人行道向内1.5%；（6）施工方法：逐跨现浇法。
1.2 主要材料及参数（1）混凝土选用C50混凝土，其力学指标见表1-1。
（2）预应力筋选用直径为15.24mm的低松弛钢绞线，其力学指标见表1-2。
1.3 设计荷载取值（1）恒载m；二期恒载（人行道、护栏、主要包括材料重量，混凝土容重：25KN/3桥面铺装等）合计：85KN/m；（2）活载：车辆荷载：公路I级人群荷载：3KN/m2；（3）温度力系统升温25℃，系统降温-15℃第二章 MIDAS建模2.1 组的定义见图2.1所示。
结构组8个，跨1包含单元1-24，跨2包含单元25-43，垮3包含单元44-62，跨4包含单元63-78；支架1包含节点80-104，支架2包含单元104-123，支架3包含单元123-142，支架4包含单元142-158。
关于 midas软件中一些名词的详细解释
一．名词解释1.单元刚度矩阵eF=e k e 表示由单元杆端位移求单元杆端力的方程，成为局部坐标系中的单元刚度矩阵。
矩阵e k称为单元刚度矩阵。
一般单元刚度矩阵是6X6的方阵，其中每个元素称为单元刚度系数，表示单元杆端位移所引起的杆端力。
2．单元坐标系：在杆件上确立的坐标系x y，其中x轴与杆件重合。
整体坐标系：在复杂结构中，各个杆件的杆轴方向不同，各自的局部坐标系也不同。
为了便于整体分析，而确定的一个统一的坐标系。
用xy表示。
3影响线：当单位集中荷载沿结构移动时，表示某一指定量变化规律的图形，成为该量值的影响线。
4徐变系数：问题总结一.有限元基本原理1.有限元分析的基本步骤：结构离散-----建立单元刚度矩阵-----单元组集成平衡方程-----引起等效节点力和位移边界条件----求解节点位移-----由位移求应变-----由应变求内力。
2.单元刚度如何得到3.空间梁单元具有6个自由度，其单元刚度矩阵的阶数，其中每一刚度系数的含义4.结构的变形、位移和反力是基于整体坐标系还是单元坐标系，单元的应力、内力是基于整体坐标系还是单元坐标系。
5.在梁单元上施加的非节点荷载，如何等效为节点荷载静力等效，指原荷载于节点荷载在任何虚位移上的虚功都相等。
6.在结构分析中，需要设置节点的原则7.在结构分析中，需要设置细分单元的情况8.在单元划分时，应注意事项二.单元类型1.在结构有限元分析时，主要有哪些单元类型桁架单元只受拉单元索单元只受压单元梁单元/变截面梁单元平面应力单元板单元平面应变单元平面轴对称单元空间单元2.什么是平面应力单元，平面应力单元的单元坐标系是如何规定，平面应力单元与平面应变单元的区别平面应力单元只能承受平面方向的作用力，利用它可以建立在单元内均匀厚度的薄板。
单元坐标是由X.Y,Z 三轴构成的，是满足右手螺旋法则的空间直角坐标系系统。
而平面应变单元只能用于线性静定结构分析中，它一般作为坝，或隧道等结构的分析。
MIDAS连续梁有限元分析案例(三)
连续梁逐跨现浇法有限元分析目录第一章工程概况 (2)1.1 桥梁基本概况 (2)1.2 主要材料及参数 (2)1.3 设计荷载取值 (2)第二章 MIDAS建模 (4)2.1 组的定义 (4)2.2 施工阶段的定义 (5)2.3 预应力布置 (6)第三章结果分析 (10)3.1 施工阶段结果分析 (10)3.1.1 施工阶段法向压应力验算 (10)3.1.2使用阶段正截面压应力验算 (11)3.1.3 使用阶段正截面抗弯验算 (11)3.2 成桥阶段结果分析 (11)3.2.1成桥阶段的支座反力 (11)3.2.2成桥后结构的竖向位移 (12)3.2.3 成桥阶段结构的弯矩 (12)3.2.4 成桥阶段的应力 (13)第一章工程概况1.1 桥梁基本概况（1）桥梁跨径布置：4×30m=120m；（2）桥梁宽度：0.25m（栏杆）+2.5m（人行道）+15.0m（机动车道）+2.5m（人行道）+0.25m（栏杆）=20.5m；（3）主梁高度：1.6m，支座处实体段为1.8m；（4）行车道数：双向四车道+2人行道；（5）桥梁横坡：机动车道向外1.5%，人行道向内1.5%；（6）施工方法：逐跨现浇法。
1.2 主要材料及参数（1）混凝土选用C50混凝土，其力学指标见表1-1。
（2）预应力筋选用直径为15.24mm的低松弛钢绞线，其力学指标见表1-2。
1.3 设计荷载取值（1）恒载m；二期恒载（人行道、护栏、主要包括材料重量，混凝土容重：25KN/3桥面铺装等）合计：85KN/m；（2）活载：车辆荷载：公路I级人群荷载：3KN/m2；（3）温度力：系统升温25℃，系统降温-15℃第二章 MIDAS建模2.1 组的定义本模型分组见图2-1所示。
共包含结构组12个，边界组11个，荷载组9个。
结构组：jg1~jg4代表“结构1~结构4”，为分段浇筑的四段主梁，其中jg1包含的单元为1to25号单元，jg2包含的单元为26to44号单元，jg3包含的单元为45to63号单元，jg4包含的单元为64to78号单元。
有限元分析-模态分析
观察结果
观察振型 （接上页）：
振型可以制作动画： Utility Menu > PlotCtrls > Animate > Mode Shape...
观察结果的典型命令
○ 在后处理中观察振型； ○ 计算单元应力； ○ 进行后继的频谱分析。
选择分析类型和选项
模态扩展 （接上页）： 建议： 扩展的模态数目应当与
提取的模态数目相等，这样做 的代价最小。
选择分析 类型和选 项
其它分析选项：
○ 集中质量矩阵： ● 主要用于细长梁或薄壳，或者波传播问题； ● 对 PowerDynamics 法，自动选择集中质量矩阵。
典型命令:
/POST1
SET，LIST
观察结果
列出自然频率：
在通用后处理器菜单中选择 “Results Summary”；
注意，每一个模态都保存在单独的子步中。
观察结果
观察振型：
首先采用“ First Set”、“ Next Set” 或“By Load Step” 然后绘制模态变形图： shape： General Postproc > Plot
• 2.3工程实例 • 有限元法基本思想节点位移与节点载荷 • 单元刚度矩阵 • 单元刚度矩阵的坐标变换 • 总的刚度矩阵叠加 • 位移
01
模态分析的定义和目 的
03
模态提取方 法的讨 论
05
做几个模态分析的练 习
07
学会如何在模态分析 中利用循环对称性
02
对模态分析有关的概 念、术语以及
ANSYS及MIDAS软件介绍
ANSYS及MIDAS软件介绍1.⾼等数学2. 普通物理3. 普通化学4. 理论⼒学5. 材料⼒学6. 流体⼒学7.计算机应⽤基础8.电⼯电⼦技术9. ⼯程经济10.⼟⽊⼯程材料11. ⼯程测量12. 职业法规13.⼟⽊⼯程施⼯与管理14. 结构设计15. 结构⼒学16. 结构试验17.⼟⼒学与地基基础1.结构静⼒分析⽤来求解外载荷引起的位移、应⼒和⼒。
静⼒分析很适合求解惯性和阻尼对结构的影响并不显著的问题。
ANSYS程序中的静⼒分析不仅可以进⾏线性分析，⽽且也可以进⾏⾮线性分析，如塑性、蠕变、膨胀、⼤变形、⼤应变及接触分析。
2.结构动⼒学分析结构动⼒学分析⽤来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响。
与静⼒分析不同，动⼒分析要考虑随时间变化的⼒载荷以及它对阻尼和惯性的影响。
ANSYS可进⾏的结构动⼒学分析类型包括：瞬态动⼒学分析、模态分析、谐波响应分析及随机振动响应分析。
3.结构⾮线性分析结构⾮线性导致结构或部件的响应随外载荷不成⽐例变化。
ANSYS程序可求解静态和瞬态⾮线性问题，包括材料⾮线性、⼏何⾮线性和单元⾮线性三种。
4.动⼒学分析ANSYS程序可以分析⼤型三维柔体运动。
当运动的积累影响起主要作⽤时，可使⽤这些功能分析复杂结构在空间中的运动特性，并确定结构中由此产⽣的应⼒、应变和变形。
5.热分析程序可处理热传递的三种基本类型：传导、对流和辐射。
热传递的三种类型均可进⾏稳态和瞬态、线性和⾮线性分析。
热分析还具有可以模拟材料固化和熔解过程的相变分析能⼒以及模拟热与结构应⼒之间的热－结构耦合分析能⼒。
6.电磁场分析主要⽤于电磁场问题的分析，如电感、电容、磁通量密度、涡流、电场分布、磁⼒线分布、⼒、运动效应、电路和能量损失等。
还可⽤于螺线管、调节器、发电机、变换器、磁体、加速器、电解槽及⽆损检测装置等的设计和分析领域。
7.流体动⼒学分析ANSYS流体单元能进⾏流体动⼒学分析，分析类型可以为瞬态或稳态。
midas NFX 桥梁应用案例
单拱桥初始模型
优化后发现，最佳单拱桥结 构应力云图基本处于压力状 态，应力较均匀。
伪密度云图
分析目的 通过对承台的拓扑优化分析，获取了能真实反映结构内部的传力路径。 对内力进行计算提取，判断了 承台内的拉压杆，为结构配筋提供了理论依据。
分析类型 线性接触静力分析 拓扑优化分析
能量曲线
2D CAD模型
钢结构细部分析及优化设计
某工字梁、箱型梁与钢管柱相交处的节点分析。结构采用Q345B号钢材，采用板单元进行模拟，利用 midas NFX 尺寸优化功能，对箱型梁的厚度进行优化，在保证强度、刚度的前提下，节省钢材，进而产 生经济效益。
设计变量
目标函数
优化结果
原结构 优化方案1 优化方案2 优化方案3 优化方案4 优化方案5 优化方案6
分析目的 利用NFX的动力学分析功能，可 以提取轨道结构的空间自由振动 以及在各种支撑条件下的固有频 率和固有振动特性，通过对车桥 模型的精细化建模及仿真计算， 提取列车的最大车体加速度、横 向轮轨力等，对轨道结构的设计 进行全面的评估。
分析类型 非线性显式分析
车桥耦合 有限元模型
无阻尼时桥中心的TZ位移
针对橡胶的大变形及接近不可压缩的特点，对橡胶支座 进行非线性有限元分析，了解支座的刚度和应力的变化 情况。 midas NFX 提供多种材料模型，选择合适的材料本构模 型和单元来模拟橡胶材料。
叠层橡胶支座有限元模型 midas NFX 具有丰富的CAD接口，实现三维数据兼容。 中性格式：STEP、IGES、Parasolid、CAIS等 直接格式：Pro-E、CATIA、Solidworks、Inventor、SolidEdge、AutoCAD等 分析数据转换：导入/导出 Nastran格式
有限元分析软件MIDAS在桥梁工程课程设计教学中的应用
有限元分析软件MIDAS 在桥梁工程课程设计教学中的应用摘要：桥梁工程课程设计是土木工程交通土建专业实践性教学计划中的一个重要环节，对掌握知识和培养能力具有非常积极的作用。
针对现在的工程实际设计的方向与手段，结合桥梁工程课程设计的教学实践，将MIDAS 系列大型有限元结构设计软件引入课程设计教学环节，与传统的手算方式相结合，强调了课程设计的合理性、实践性。
其对于培养学生的综合素质和能力具有良好的效果，能够培养出更加适应市场需要的土木工程专业人才。
关键词：土木工程；桥梁工程；课程设计；MIDAS中图分类号：G642.41文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）51-0193-02收稿日期：2016-08-29基金项目：湖南城市学院教改项目“桥梁工程（二）课程设计改革的实践和研究”的研究成果之一作者简介：羊日华（1978-），女，湖南新化人，讲师，硕士，研究方向：桥梁结构分析与工程控制研究。
“桥梁工程”课程设计既是土木工程交通土建专业教学的一门主要课程，也是一门实践性极强的工程学科，其目的是培养学生综合运用桥梁工程课程所学知识以及有关先修课程的基本知识进行桥梁结构设计的能力。
以梁式桥课程设计为例，要求学生掌握梁式桥计算的全过程，其不仅加强了桥梁工程课程教学中的构造设计、计算方法的学习效果，而且也是对于结构设计原理、结构力学等专业基础课的一次实际应用，同时也毕业设计的基础。
一、现有桥梁工程课程设计教学中存在的主要问题 1.现有的课程设计方法与工程实践脱节。
在现代桥梁结构设计中，大型的有限元分析软件逐步取代了手工计算和设计。
常用的桥梁有限元软件有ANSYS 、MSC 、MIDAS 等一系列软件，这些软件以其强大的数值、分析运算功能、生动形象的图像处理能力，代替了传统方式下用笔和纸进行的设计操作。
现有的设计课程中用笔、纸完成桥梁工程课程设计的传统教学方式与时代脱节，大量应用电算技术成为一种时尚。
MIDAS分析
静力分析 · 线性静力分析 · 热应力分析 动力分析 · 自由振动分析 · 反应谱分析 (SRSS, CQC, ABS) · 时程分析 几何非线性分析 · P-Delta 分析 · 大位移分析 边界非线性动力分析 屈曲分析 · 临界屈曲荷载系数 · 屈曲模态 移动荷载分析
滞后系统 由拥有单轴塑性的6个独立的弹簧构成，主要用于建立如塑性阻尼器一样 可减低建筑物振动的装置的模型
铅芯橡胶支座隔震系统 利用橡胶的低刚度和铅易于屈服的特性来隔离振动对建筑物的影响。对于 2个剪切方向的变形拥有相互关联的二轴塑性，对于剩余的4个方向的变形 则拥有相互独立的弹性（线性）特性
摩擦摆隔震系统 利用摆的回复力调整建筑物的固有周期并通过摩擦来消能。对于2个剪切 方向的变形拥有相互关联的二轴塑性，轴方向的变形拥有与间隙相同的非 线性特性，而对于剩余的3个方向的变形则拥有相互独立的弹性(线性)特性
Band求解器作为对结构刚度矩阵拥有ABD(Almost Block Diagonal)特性的模型适 用的求解器，和Skyline Solver一样，与分析种类、分析模型的规模及系统的配置 无关可对所有情况进行使用。
Multi-Frontal求解器使用的是Multi-frontal技法和可减少计算次数的最佳Front分割 运算原理，可显著地改善线性方程组求解的性能。特别是对于单元的自由度多且 节点也多的建筑物可提高分析速度约3~5倍，故对于使用板单元或实体单元进行 精确分析的情况可以说是比较合适的求解器。
1. 利用模型>质量菜单所提供的各种质量输入功能输入模型的质量数据。
2. 导入分析>特征值分析控制菜单输入特征值模式数及其它所需数据。 3. 点击分析>运行分析菜单或 运行分析进行分析。 4. 结构分析结束后，利用结果>振型形状功能或结果>分析结果表格>振
基于midas的张弦梁结构有限元分析
基于MIDAS的张弦梁结构有限元分析基于MIDAS的张弦梁结构有限元分析摘要：本文结合某社区游泳馆屋盖的张弦直梁的选型进行了分析。
运用有限元软件MIDAS分别从张弦梁的高跨比以及撑杆个数与下弦预拉力的关系，分析自振模态与撑杆数目的关系，从而综合各个指标对梁结构进行了优化设计。
关键词：张弦梁，梁截面高度，撑杆数量，自振频率Abstract: In this paper, the selection of a straight beam-string in a community swimming pool has been studied using FEM software MIDAS. The height-span ratio and the relationship between pole number and the pre-tension as well asself-vibration modes is research based on FEM method. Based on the result, the design of the structure is optimized.Key words: string beam, beam section height, pole number, self-vibration frequency中图分类号：TB482.2 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）1 引言某社区游泳馆的跨度为20.8m，原方案的屋盖为H型钢梁为主承重构件，次梁也为H型钢，屋面板为压型钢板为衬板的组合屋面板。
由于跨度和空间的局限，原方案采用了较为传统的屋架梁作为主承重构件，为满足结构的应力和挠度要求，选择截面高度为1.6m。
相对来说占据了较大的游泳馆的使用净空，而且从观感来说整个结构会欠缺轻盈。
为此，本文提出一种较为新型的梁形式，张弦梁结构。
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2 3
Modal Analysis 39
Step
09 网格 >> 属性>>材料
操作步骤
1. 创建 >> 各向同性. 2. 输入材料属性.
号 名称 弹性模量 泊松比 质量密度
2 Matl 2e11 (N/m2) 0.3 8.245 (kg/m3)
3. 点击[确认]. 4. 点击[关闭].
2 2
1
4 3
模态分析选项
• 模态数量: 输入需要计算的自然频率数量.
• 最低/最高: 设置频率范围. 仅计算该范围内的频率.
• Sturm 序列检查: 通过迭代过程计算丢失特征值.
Modal Analysis 4
Step
00 概述
概述
线性静态分析 - 单位 : N, mm - 各向同性弹性材料 - 几何模型: Hanger.x_t
>> 变形+未变形(特征线) .
3. 分析和结果>> 模态（必需）>>
MODE1 >> 总位移.
1 2
Modal Analysis 16
Step
11 分析和结果>> Hanger >> 特征值分析结果表
操作步骤
1. 双击[特征值分析结果表]. 1
Modal Analysis 17
Step
00 概述
操作步骤
1. 坐标 : 输入“(0.125), <0, 0.5>” . 2.在工作窗口中单击鼠标右键. 3. 坐标 :输入 “(0.25), <0, 0.5>” . 4.在工作窗口中单击鼠标右键. 5. 坐标 :输入 “(0.375), <0, 0.5>” . 6.在工作窗口中单击鼠标右键. 7. 点击[取消] .
藏所有导航].
1 2
3
4
5
Modal Analysis 7
Step
02 几何 >> CAD文件 >> 导入
操作步骤
1. 模型选择: 选择Hanger.x_t 2. 单击[打开] .
1
2
请检查文件格式!
Modal Analysis 8
Step
03 几何 >> 辅助 >> 简化
操作步骤
1. 目标选择: 选择导入的模型.
• A 和 B 是不同的, 因此他们频率和周期是不同.
• 频率和周期因摆线长度不同而不同.
• 每秒移动的周期数称为自然频率, 完成1周需要的时间称为自然周期.
A.
• 结构自然频率与刚度成正比,而与质量成反比. 如果集中质量远离结构
边界,由于惯性效果致共振频率降低.
B. <不同摆幅的摆锤>
Modal Analysis 2
3. 点击[保存(S)]
1 2
3
Modal Analysis 27
Step
09 分析和结果工作目录树>> Modal : 模态分析 >> 模态分析 (必需) >> MODE 1
操作步骤
1. 点击[ ] (轴测图2) 2. 选择分析与结果>> 一般 >> 变形形
状>> 变形+未变形 (线框) 3. 双击分析与结果工作目录树中的总位
概述
模态分析 - 单位 : N, mm
- 几何模型: Modal.x_t
模态分析
材料 - Cast Alloy Steel (材料DB库)
边界条件和载荷 - 固定约束 (洞内部)
确认结果 - 特征值 - 模态现象 - 模态分析结果和表格
Modal Analysis 18
Step
00 概述
1
7
Modal Analysis 34
Step
04 几何 >> 顶点与曲线 >> 交叉
操作步骤
1. 点击[ ] (如图所示) . 2. 点击[确认].
1
2
1
Modal Analysis 35
Step
05 网格 >> 控制 >> 尺寸
操作步骤
1.选择[分割数量] . 2. 选择用[ O ] 标记的五条线 3. 分割数量: 输入10 . 4. 点击[确认].
1
4
1
Modal Analysis 36
Step
06 网格 >> 生成 >> 2D
操作步骤
1. 选择[自动-面积] . 2. 点击[ ] (选择所有). 3. 大小方法: 分割，输入3. 4. 点击[确认].
1 2 3
4
2
Modal Analysis 37
Step
07 模型工作目录树>> 网格
操作步骤
操作步骤
1. 选择目标: “1” （如图所示）. 2.点击 [确认] .
1
2
Modal Analysis 13
Step
08 分析与结果 >> 分析工况 >> 一般
操作步骤
1. 标题:输入“Hanger” . 求解类型: 选择[模态] .
2. 点击[确认].
1
2
Modal Analysis 14
Step
1
3
4
2
Modal Analysis 25
Step
07 分析与结果>> 分析工况 >> 一般
操作步骤
1. 设置分析工况
名称 分析类型
Modal 模态分析
2. 选择[确认]
1
2
Modal Analysis 26
Step
08 分析与结果>> 分析 >> 执行
操作步骤
1. 点击[确认]
2. 另存为: 输入“Modal”
2. 删除圆角:输入 “1”
1
3. 点击[查找].
3
4. 点击[选择全部] .
2
5. 点击[删除].
6. 点击[关闭] .
4
5
6
Modal Analysis 9
Step
04 网格 >> 属性>> 材料
操作步骤
1. 创建 >> 选择各向同性
2. 输入材料
号 名称 弹性模量 泊松比 质量密度
2 Steel 2.1e5 (N/mm²) 0.3 7.9e-6(kg/mm²)
模型
分析概述
约束条件 (固定约束)
有限元模型 (1D 和 2D 四边形网格)
板的4个角固定
Shrink 形状
Modal Analysis 31
Step
01 新建 >> 分析设置
操作步骤
1. 点击[ ] (如图所示). 2. 选择[3D]. 3. 选择 [N-m-kg-sec-J] 单位系统. 4. 点击[确认]. 5.在工作窗口中单击鼠标右键，选择 [隐
Step
00 模态分析概要
自由振动
• 无外力作用下, 结构因惯性而产生振动, 阻尼抵抗恢复力. 因此, 结构自由振动不受外力影响. • 尽管结构不受载荷影响, 自由振动因非零初始条件而发生.
静平衡
初始条件
自由振动
周期 : T
初始位置: A
自由振动
时间
Modal Analysis 3
Step
00 模态分析概要
载荷边界条件 - 固定约束 (内部)
查看结果 - 特征值 - 模态振型(动态显示) - 模态分析结果表格
Stiffened Plate
Modal Analysis 30
Step
00 概述
目的
运用midas NFX进行基本的模态分析并理解此功能 - 模态分析主要是对承受振动或者周期性载荷的物体进行设计检测时使用的一种分析. - 模态分析是为了得出受特定约束的物体的固有振动频率和模态振型. - 本案例学习利用1D和2D单元混合建模并进行基本的模态分析的方法.
09 分析与结果 >> 分析 >> 执行
操作步骤
1. 点击[确认]. 2. 文件名:输入“Hanger”. 3.点击 [保存(S)].
1
2 3
Modal Analysis 15
Step
10 分析和结果 >> Hanger >> 模态(必需) >> 总位移
操作步骤
1. 点击[
] (如图所示).
2. 分析与结果>> 一般 >> 变形
模型
分析概述
约束条件 (固定约束)
固定约束
有限元模型 (四面体网格)
Modal Analysis 19
Step
01 分析 >> 设置分析条件
1
操作步骤
1. 点击[ ] ](新建) 2. 选择[3D] 3. 选择[N-mm-kg-sec-J] 单位系 4. 点击[确认] 5. 在窗口右击鼠标选择隐藏全部导向
1. 选择自动生成的 4个网格组. 2. 点击右键并选择合并. 3. 选择合并后的网格, 按[F2]. 4. 重命名为“Plate”.
4 1
2
Modal Analysis 38
Step
08 网格 >> 生成 >> 1D
操作步骤
1.选择用[ O ] 标记的5个目标，如图 2. 网格组: 输入“Stiffener”. 3. 点击[确认] .
模态分析 (零件或装配体)
Step